CN105089815B - 燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法。轴承腔密封系统包括：容纳轴承的轴承腔，在该轴承腔处设有密封室，密封室与气源相连通；可转动的轴心通风管，该轴心通风管设置在轴承腔的轴心位置处；油气分离器，该油气分离器围绕着轴心通风管设置，且与轴心通风管流体连通；以及，至少一个抽气叶轮，该抽气叶轮包括：中心轴；至少一个叶片，叶片沿中心轴的周向设置，且叶片的一端连接在中心轴上；轴套，叶片的另一端连接在轴套上，且轴套固定在轴心通风管内。通过本发明的系统和方法，可提高轴承腔密封的压差，从而允许降低引气压力，可从更低级数的压气机处引气，继而降低密封气温度，且无需为抽吸叶轮提供额外的转动驱动源。

Description

燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法，尤其涉及其中的轴心通风系统。

背景技术

航空发动机常用的是燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机通常包括转动部件和固定部件，转动部件可相对于固定部件转动，例如压气机的转子、涡轮机的转子等。这些转动部件的转动轴通过轴承而被支承。

发动机的壳体构成用来封装轴承的轴承腔，用于轴承的润滑油被容纳在该轴承腔中，对轴承进行润滑。为了将润滑油保持在轴承腔内，从压气机的中间级引出压缩空气，并将该压缩空气引入轴承腔中，以防止润滑油的泄漏。

为了保证润滑油不泄漏，必须在轴承腔中保持一定的正压差，因此对引入轴承腔的压缩空气的压力有一定要求。但是，压缩空气的引气位置处的压力会发生某种波动。例如，在高空环境下，由于周围环境空气比较稀薄，因此引气压力较低，进而造成进入轴承腔中的压缩空气的压力也下降。这样的引气压力下降会造成轴承腔中的压差不足，从而导致润滑油泄漏。

此外，压缩空气引气密封所面临的另一个问题是，在从压气机被引入轴承腔中的过程中，压缩空气有可能会经过燃烧室等温度较高的部件，并在此过程中被加热。因此，进入轴承腔中的压缩空气温度有可能超出润滑油所允许的极限温度。

针对以上引气压力下降的问题，现有技术中通常采取的措施之一是从压气机中引出更高压力的空气用于轴承腔的密封，以提高密封处的压差。但是，这一措施所采用的高品质压缩气体只是在高空环境等的引气压力下降的特定情况下才是必须的。而在通常的情况下，所采用的较高压力的压缩空气未经作功就被引入轴承腔中，其中所含有的能量没有得到有效利用，这是对高品质压缩空气的品质浪费。使用过多的高品质压缩空气，会对燃气涡流发动机的整体效率产生负面影响。而且，所引出的压缩空气压力越高，进入轴承腔时其温度也将越高，因此会加剧以上所述的超出润滑油极限温度的技术问题。

另一种措施是采用诸如活门之类的气流控制装置。通过调节活门，可以调节流入轴承腔的压缩空气的来源和流量。这样，在通常情况下，可从压气机中引出压力较低的压缩空气即可，压缩空气的流量也可较低，而在压气机处的空气压力不足的情况下，可以从压气机的高压段引入较高压力的压缩空气，并且，还可适当地提高压缩空气流量。该措施的技术问题在于，由于要增加额外的气流控制装置，涉及增加转换活门、附加的引气管路和相关的控制器件等部件，增加了装置的结构复杂度，并且装置整体的重量也增加。此外，在某些轴承腔压力较低的状态下，仍不可避免地存在压缩空气品质冗余的情形，造成高品质压缩空气的浪费。

发明内容

本发明是基于以上所述的现有技术所存在的问题而作出的，其目的是提供一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统和方法，它能够提高轴承腔的密封处的压差，避免因压差不足而导致润滑油泄漏，并且该系统还进一步地允许使用压力较低的空气，从而降低密封气体的温度，提高发动机的整体效率，且提高发动机的运行安全性。

本发明的上述目的通过一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统来实现，该轴承腔密封系统包括：容纳轴承的轴承腔，在该轴承腔处设有密封室，密封室与气源相连通；可转动的轴心通风管，该轴心通风管设置在轴承腔的轴心位置处；油气分离器，该油气分离器围绕着轴心通风管设置，且与轴心通风管流体连通；以及，至少一个抽气叶轮，该抽气叶轮固定在上述轴心通风管上，并能够随轴心通风管的转动而转动。该抽气叶轮具体结构可包括：中心轴；至少一个叶片，叶片沿中心轴的周向设置，且叶片的一端连接在中心轴上；轴套，叶片的另一端连接在轴套上，且轴套固定在轴心通风管内。

通过具有上述结构的轴承腔密封系统，可通过抽气叶轮的抽吸作用而在轴承腔中保持低压，从而保证密封室处的正压差。由此，可以采用压力级数较低的引气，从而降低引气压力及密封气体温度。并且，由于抽吸叶轮通过轴套而固定在轴心通风管上，因此抽吸叶轮可随轴心通风管一同转动，无需为抽吸叶轮提供额外的转动驱动源。

在一种实施方式中，轴心通风管与燃气涡轮发动机的低压轴相连接。由此，轴心通风管由低压轴带动而转动

较佳地，燃气涡轮发动机轴承腔密封系统还包括静止的后通风管，轴心通风管的下游端与后通风管相连。

其中，后通风管具有出气口，出气口用于将后通风管与燃气涡轮发动机的排气系统相连通。

在本发明的系统中，气源是可以是来自燃气涡轮发动机的压气机的压缩空气源；在抽气叶轮的抽吸作用充分的条件下，该气源也可以是常压空气源。

本发明还提供了一种对燃气涡轮发动机的轴承腔进行密封的方法，该方法使用如上所述的轴承腔密封系统，其中，抽气叶轮随轴心通风管的转动而转动，从而对轴承腔中的气体产生抽吸作用，以在轴承腔中产生低压。

附图说明

图1示出了一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统。

图2示出了本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的示意图，其中示意性地示出了该系统的各个部件之间的安装关系。

图3示出了用于本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的抽气叶轮的正视图。

图4示出了用于本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的抽气叶轮的立体剖切图。

具体实施方式

下面将结合附图来说明本发明的具体实施方式。

图1中示出了一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的结构。从图1中可见，轴承11容纳在由壳体构成的轴承腔1中。润滑油在该轴承腔1中流动，以对轴承进行润滑。在轴承腔1处设有密封室。例如，在图1中所示的结构中，在轴承腔1的前后分别设有密封室12、13。来自压气机的压缩空气被引导到该密封室12、13处，密封室12、13与轴承腔1保持正压差，即，该密封室12、13中的压力大于轴承腔1的压力。从而，在该正压差的作用下，压缩气体从密封腔流入轴承腔中，并避免轴承腔1中的润滑油泄漏到轴承腔1之外。

在轴承腔1的轴心位置处设置有中空的轴心通风管3。该轴心通风管3是可转动的。在一种具体实施方式中，轴心通风管3可与燃气涡轮发动机的低压轴(未示出)相连，并随低压轴一同转动。围绕着轴心通风管3设置有油气分离器2。轴心通风管3的一端与后通风管4相连。后通风管4是静止的。例如可固定在燃气涡轮发动机的壳体上，或者与燃气涡轮发动机的其它固定部件相连接。

在正压差的作用下，轴承腔1中的压缩空气流入油气分离器2中。在油气分离器2中，由压缩空气所携带的润滑油雾被分离出来，并再次被送入润滑油循环回路中。

该油气分离器2与轴心通风管3流体连通，从而经润滑油分离的压缩空气可从油气分离器2流入通风管3中，并随后流入静止的后通风管4中。后通风管4通过其上的出气口41而与排气系统连通，例如连接到燃气涡轮发动机的尾喷管中。

在本发明的技术方案中，为解决现有技术中所存在的上述问题，在轴心通风管3中安装抽气叶轮5。图2示意性地示出了抽气叶轮5和其它部件之间的联接关系。从图2中可见，沿压缩空气的流动方向，依次为轴承腔1、油气分离器2、轴心通风管3和后通风管4，并最终流入诸如尾喷管之类的排气装置。其中，抽气叶轮5安装在轴心通风管3上，并位于后通风管4的上游。

图3示出了本发明的技术方案中所采用的抽气叶轮5的正视图，图4则示出了该抽气叶轮5的立体剖视图。如图3和4所示，抽气叶轮5包括中心轴51、围绕着中心轴51的周向设置的至少一个叶片52以及轴套53。各叶片52的内端连接在中心轴51上，叶片52的外端则固定在轴套53的内表面上。轴套53固定在轴心通风管3上，具体为固定在轴心通风管3的内表面上。

根据图3和4所示的抽气叶轮5的结构，该抽气叶轮5随着轴心通风管3的转动而转动，从而对气流作功，以向着后通风管4的方向、或者说是向着压缩空气流动方向的下游抽吸压缩气体。这样，通过抽气叶轮5的抽吸作用，在轴心通风管3中产生负压。这样，可降低轴承腔1中的压力，确保轴承腔1的密封室12中的正压差。

通过本发明的结构，可以在轴承腔1中保持较低的压力，因此对所引入的压缩空气的压力要求也可降低，即，可以采用压气机中较低压力级中的压缩空气。甚至，当抽气叶轮5产生足够的负压的情况下，可以采用其它的空气源，包括可使用常压空气，并不必须使用来自压气机的抽气。

并且，根据本发明的结构，由于抽气叶轮5是通过轴套53而固定在可转动的轴心通风管3上，因此随轴心通风管3的转动而转动，无需对抽气叶轮5的中心轴51施加其它的动力，无需连接其它动力设施。

以上对本发明的一种具体实施方式进行了描述。本领域技术人员可以在以上所公开的实施方式的基础上，对本发明进行各种修改和变型，但仍落在本发明的保护范围之内。

例如，在上述实施例中，在轴心通风管3的下游连接有静止的后通风管4。但是，也可将轴心通风管3直接连接到其它的排气装置中，而无需通过后通风管4，这仍可实现本发明的基本目的。

此外，在上述实施例中，轴心通风管3是与低压轴相连接的，从而可以转动。本领域技术人员会知道，轴心通风管3也可与燃气涡轮发动机中的其它转动驱动源相连接，而不会影响本发明的目的的实现。

其次，抽气叶轮5的轴套53和轴心通风管3之间的固定方式可以是现有技术中已知的任何适当方式，如焊接、螺纹连接、螺钉螺孔连接等。

再次，除了以上所描述的具体结构之外，抽气叶轮5也可采用现有技术中已知的其它形式的叶轮，并且其中的叶片52也可采取现有技术中其它已知类型的叶片。此外，叶片52的数量也可根据需要而为任意数量。

进一步地，可以根据需要，可在轴心通风管3中设置一个以上的抽气叶轮5。

Claims (9)

1.一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统，所述轴承腔密封系统包括：

轴承腔，所述轴承腔中容纳有轴承，并且，在所述轴承腔处设有密封室，所述密封室与气源相连通；

轴心通风管，所述轴心通风管设置在所述轴承腔的轴心位置处，且所述轴心通风管可转动；

油气分离器，所述油气分离器围绕着所述轴心通风管设置，且与所述轴心通风管流体连通；

其特征在于，所述轴承腔密封系统还包括至少一个抽气叶轮，所述抽气叶轮固定在所述轴心通风管上，并能够随所述轴心通风管的转动而转动。

2.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述抽气叶轮包括：中心轴；至少一个叶片，所述至少一个叶片沿所述中心轴的周向设置，且所述至少一个叶片的一端连接在所述中心轴上；轴套，所述至少一个叶片的另一端连接在所述轴套上，且所述轴套固定在所述轴心通风管内。

3.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述轴心通风管与所述燃气涡轮发动机的低压轴相连接。

4.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，在所述密封室中，产生沿着进入所述轴承腔的方向的正压差。

5.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述燃气涡轮发动机轴承腔密封系统还包括静止的后通风管，所述轴心通风管的下游端与所述后通风管相连。

6.如权利要求5所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述后通风管具有出气口，所述出气口用于将所述后通风管与所述燃气涡轮发动机的排气系统相连通。

7.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述气源是来自所述燃气涡轮发动机的压气机的压缩空气源。

8.如权利要求1所述的轴承腔密封系统，其特征在于，所述气源是常压空气源。

9.一种对燃气涡轮发动机的轴承腔进行密封的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1～8中任一项所述的轴承腔密封系统，其中，所述抽气叶轮随所述轴心通风管的转动而转动，从而对所述轴承腔中的气体产生抽吸作用，以在所述轴承腔中产生低压。